燃料电池组件及供燃料电池组件使用的方法技术

一种燃料电池组件（１），其中各燃料电池（１１－１６）适于内部重整燃料，且供重整燃料用的燃料重整装置（２１－２６）布置在一个燃料电池堆（２）内。燃料电池的燃料入口和燃料重整装置的燃料入口（２１Ａ－２６Ａ）与经重整的燃料出口（２１Ｂ－２６Ｂ）布置在燃料电池堆的一个表面上。一个密封集流腔（３１）封闭此表面，且一个重整装置燃料供给系统全部布置在此集流腔与堆的一个表面之间的区域内。燃料重整装置有一个卷包箔与一个盖件构成一个闭合结构。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池组件，特别是涉及使用内部重整的燃料电池组件。
技术介绍
已知通常所说的直接碳酸盐燃料电池组件其中各组件把碳氢化合物燃料直接变换为直流电。在这些燃料电池组件中，燃料被内部重整以产生供燃料电池使用的氢。燃料电池产生的水与热被重整反应使用。重整反应与燃料电池反应以热量与质量变换联系的方式进行使得可在原地得到由燃料电池产生的热与水供重整反应使用。出现了两种不同类型的直接燃料电池组件。在美国专利号3488226中描述的直接内部重整组件中，重整催化剂放置在与电池环境直接保持联系的每个燃料电池的阳极室内。在美国专利号4877693中描述的另一种间接内部重整组件中，大部分重整在设置于一个燃料电池堆的各型电池组之间的各重整单元的内部进行。一组电池典型地可包括5至15个燃料电池。重整单元与燃料电池保持热联系使重整反应能从邻边的电池吸取必要的热量。一种包括直接与间接内部重整二者的混合组件得到直接布置的好处(即高的燃料变换)与间接布置的好处(较长的催化剂寿命，较高的燃料电池性能，与较均匀的温度分布)。在此混合组件中，在每个燃料电池的阳极室内放置重整催化剂，同时在各燃料电池组之间放置重整板。美国专利号5175062描述一个用作直接内部重整的重整单元与它的同直接燃料电池组件的集成，直接燃料电池组件包括直接与间接内部重整的组合。’062专利的组件在可靠性与成本方面有一些优点，这些优点同燃料供应线路(管道)与重整单元的连接有关。更详细地说，燃料与蒸汽必须分配至每个重整单元。为此分配，一个实际尺寸的燃料电池组件需要30至40个连接。在’062专利中，这些连接通过将一个个进料管的一端与每个重整单元连接，另一端与燃料输送集管连接而完成。由于各重整单元是带电的，因此必须将它们同金属的燃料供应集管电气隔绝。’062专利利用供应线路中的介电断口作为此用途。可以理解，’062专利的燃料供应管道相对于其它气流处于最高的压力。由于它们的位置在燃料电池堆的外部，因此全部管道，包括它们在重整单元处与介电断口处的连接，在燃料电池组的整个寿命期间必须完全防护气体泄漏。在运输与工作期间每个供应管路承受热一机械应力，这一事实使得防护更为困难。因此，供应管路气体泄漏防护的结构必须十分紧固耐用以加强可靠性。用于供应管路电气隔离的当前可使用的介电断口包括同金属过渡件连接的陶瓷管，为便于同供应管路的金属管连接，通过钎焊处理。这些类型的配件成本昂贵，且不能定额到碳酸盐燃料电池组件要求的＞500℃运行温度，因为供连接金属供应管与陶瓷配件用的钎焊化合物在这些温度下不稳定。因此，在燃料电池组件的整个寿命期间这些连接的完全的气体密封性得不到充分保证。
技术实现思路
因而，本专利技术的一个目的是提供一种具有内部重整并且有改进的燃料供应管路气体泄漏防护的燃料电池组件。根据本专利技术的原理，在一个燃料电池组件中实现了上述与其它目的，在此组件中燃料电池能内部重整燃料，同时在一个有多个表面的燃料电池堆中布置至少一个燃料重整装置。燃料电池堆的一个表面上包括燃料气体重整装置的燃料入口与经重整的燃料出口及燃料电池的燃料入口。提供一个集流腔以密封闭合燃料电池堆的这一表面，而把一个供燃料重整装置用的重整装置燃料供应系统全部布置在此集流腔之内。通过使重整装置燃料供应系统位于集流腔之内，如果发生气泄漏，燃料将被容纳在集流腔之内因而仍能在组件的燃料电池中被重整与使用。由此使对于重整装置燃料供应系统的气体泄漏防护的制约变为明显地较不重要。在下面描述的燃料电池组件中，重整装置燃料供应系统包括一个燃料供应集管和连接集管与组件的各燃料重整装置的供应管路。每个供应管路包括彼此分隔的第一与第二供应管段，其中一个与集管连接而另一个与一个相应的重整装置连接。一个陶瓷管桥接第一与第二供应管段并为供应管路提供电气隔离。供应管路还配有扇形的可旋转端，即用于连接管路与各燃料重整装置的过渡管道。第一与第二供应管段每个配有一个用于释放应力的波纹管。附图说明通过连同附图阅读下面的详细说明，本专利技术的上述与其它特征及各方面将变为更加明白，这些附图中图1A表示一个根据本专利技术原理的燃料电池组件；图1B表示带有一个进一步的局部切除部分的图1A的燃料电池组件，以表示燃料电池组件端板内的燃料输入管；图2更详细地表示图1燃料电池组件的重整装置燃料供应系统；图3更详细地表示图1A燃料电池组件的燃料重整装置；与图4与图5表示图3燃料重整装置的2个区域的部件分解图。图6以局部分方式表示图3重整装置。具体实施例方式图1A表示根据本专利技术原理的燃料电池组件1。组件1包括一个含有标记为组11、12、13、14、15、16的分组排列的燃料电池的燃料电池堆2。电池组11-16每个包括若干个电池的组，每组中的电池数典型为5至15个。电池组11-16中的燃料电池具有设置在燃料电池堆1的第一表面1A上的氧化剂气体入口与设置在该堆的相对表面1B上的氧化剂气体排气出口。与此类似，电池组11-16中的燃料电池具有在堆1的另一表面1C上的燃料入口与在该堆的相对表面1D上的相应的燃料排气出口。此外，电池组11-16中的燃料电池能内部自行把通过电池的碳氢化合物燃料重整为燃料气体。然而，各电池组的大部分燃料气体由设置在堆1中的各电池组之间的重整装置21、22、23、24、25、26提供。这些重整装置有在堆1的表面1C上的燃料入口21A、22A、23A、24A、25A与26A，并有同样在堆1的表面1C上的经重整的燃料出口21B、22B、23B、24B、25B与26B。燃料电池组件1还包括集流腔31、32、33。集流腔32与33气密封闭堆1的表面1B与1D并分别接收氧化剂气体排气与燃料气体排气。集流腔31气密封闭堆1的表面1C以导致邻近堆1的表面1C的燃料与燃料气体进入燃料电池的燃料入口而不致逸散至堆1的外部。燃料电池组件1还包括一个顶部端板41与一个底部端板42。底部端板支撑一根燃料输入管43与一根燃料输出管44。根据本专利技术的原理，燃料电池组件还包括一个用于向重整单元21-26供给燃料的重整装置燃料供给系统61。此外根据本专利技术，重整装置燃料供给系统全部配置在集流腔31与堆1的表面1C之间的密封闭合区域之内。如图1A中与更详细地在图2中所见，重整装置燃料供给系统包括一个燃料供应集管62，它从装在端板42上的燃料输入管43接收燃料。图1B中更详细地图示说明燃料输入管43在端板42内的位置。如图示，管43的入口端43a适于与燃料供应管(图中未表示)连接，而出口端43b与位于集流腔31内的燃料供应集管62连接。集管62把从管43接收的燃料供给供应管路71、72、73、74、75与76，供应管路再把燃料供至燃料重整装置21-26的燃料入口21A至26A。如图2所示，燃料供应管路71-76具有相同结构，每个包括一个与集管62连接的第一供应管段81，一个与各自的燃料入口连接并与第一供应管段分隔的第二供应管段82，与一个介电绝缘子83。介电绝缘子83桥接管段81与82之间的间隔，从而以电气隔离的方式连接两个管段。第一与第二供应管段81与82还分别包括夹持环81A与82A，以防止介电绝缘子83移动。供应管段81与82中还分别配有波纹管81B与82B，以更好地适应堆的位移而不致损坏管路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池组件，包括：若干燃料电池，所述燃料电池有氧化剂气体入口与燃料入口并适于内部把碳氢化合物燃料重整为燃料气体；至少一个燃料重整装置，每个所述燃料重整装置有一个燃料入口与一个经重整的燃料出口并适于把碳氢化合物燃料重整为燃料气体；所述燃料电池与每个所述燃料重整装置这样布置在一个燃料电池堆中，使所述燃料电池的所述燃料入口在所述燃料燃料电池堆的第一表面上，且每个重整装置的所述燃料入口与所述经重整的燃料出口在所述燃料电池堆的所述第一表面上；一个用于密封闭合所述燃料电池堆的第一表面的第一集流腔；与一个用于向每个所述重整装置供给燃料的重整装置燃料供给系统，所述重整装置燃料供给系统布置在所述燃料电池堆的所述第一集流腔与所述第一表面之间的密封区域内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：穆哈迈德法鲁奎，劳伦斯J诺瓦库，杰弗里P艾伦，
申请(专利权)人：能量研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]